一、 กล้องบินเวลาคืออะไร?

กล้อง Time-of-Flight (TOF) เป็นเทคโนโลยีการตรวจจับเชิงลึกประเภทหนึ่งที่วัดระยะห่างระหว่างกล้องและวัตถุในฉากโดยใช้เวลาที่แสงจะเดินทางไปยังวัตถุและกลับไปที่กล้อง พวกเขามักจะใช้ในแอปพลิเคชันต่าง ๆ เช่นความเป็นจริงยิ่ง, หุ่นยนต์, การสแกน 3 มิติ, การจดจำท่าทางและอื่น ๆ

กล้อง TOFทำงานโดยการเปล่งสัญญาณแสงโดยทั่วไปแสงอินฟราเรดและการวัดเวลาที่ใช้ในการตีกลับหลังจากตีวัตถุในฉาก การวัดครั้งนี้จะใช้ในการคำนวณระยะทางไปยังวัตถุสร้างแผนที่ความลึกหรือการแสดง 3 มิติของฉาก

เวลาของกล้องบิน

เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการตรวจจับเชิงลึกอื่น ๆ เช่นแสงที่มีโครงสร้างหรือการมองเห็นสเตอริโอกล้อง TOF มีข้อดีหลายประการ พวกเขาให้ข้อมูลเชิงลึกแบบเรียลไทม์มีการออกแบบที่ค่อนข้างง่ายและสามารถทำงานในสภาพแสงที่หลากหลาย กล้อง TOF ยังมีขนาดกะทัดรัดและสามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์ขนาดเล็กเช่นสมาร์ทโฟนแท็บเล็ตและอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้

การใช้งานของกล้อง TOF มีความหลากหลาย ในความเป็นจริงยิ่งกล้อง TOF สามารถตรวจจับความลึกของวัตถุได้อย่างแม่นยำและปรับปรุงความสมจริงของวัตถุเสมือนจริงที่วางไว้ในโลกแห่งความเป็นจริง ในหุ่นยนต์พวกเขาทำให้หุ่นยนต์สามารถรับรู้สภาพแวดล้อมและนำทางอุปสรรคได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ในการสแกน 3 มิติกล้อง TOF สามารถจับภาพเรขาคณิตของวัตถุหรือสภาพแวดล้อมได้อย่างรวดเร็วเพื่อวัตถุประสงค์ต่าง ๆ เช่นความเป็นจริงเสมือนการเล่นเกมหรือการพิมพ์ 3 มิติ พวกเขายังใช้ในการใช้งานไบโอเมตริกซ์เช่นการจดจำใบหน้าหรือการจดจำท่าทางด้วยมือ

二、ส่วนประกอบของเวลาของกล้องบิน

กล้องเวลาบิน (TOF)ประกอบด้วยองค์ประกอบสำคัญหลายอย่างที่ทำงานร่วมกันเพื่อเปิดใช้งานการตรวจจับความลึกและการวัดระยะทาง ส่วนประกอบเฉพาะอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการออกแบบและผู้ผลิต แต่นี่คือองค์ประกอบพื้นฐานที่พบโดยทั่วไปในระบบกล้อง TOF:

แหล่งกำเนิดแสง:

กล้อง TOF ใช้แหล่งกำเนิดแสงเพื่อปล่อยสัญญาณแสงโดยปกติจะอยู่ในรูปแบบของแสงอินฟราเรด (IR) แหล่งกำเนิดแสงสามารถเป็น LED (ไดโอดเปล่งแสง) หรือไดโอดเลเซอร์ขึ้นอยู่กับการออกแบบของกล้อง แสงที่ปล่อยออกมาจะเดินทางไปยังวัตถุในฉาก

ทัศนศาสตร์:

เลนส์รวบรวมแสงสะท้อนและภาพสภาพแวดล้อมลงบนเซ็นเซอร์ภาพ (อาร์เรย์ระนาบโฟกัส) ตัวกรองแถบแสงแบบออพติคอลผ่านแสงเท่านั้นที่มีความยาวคลื่นเท่ากันกับหน่วยการส่องสว่าง สิ่งนี้จะช่วยยับยั้งแสงที่ไม่ถาวรและลดเสียงรบกวน

เซ็นเซอร์ภาพ:

นี่คือหัวใจของกล้อง TOF แต่ละพิกเซลวัดเวลาที่แสงเดินทางจากหน่วยส่องสว่าง (เลเซอร์หรือ LED) ไปยังวัตถุและกลับไปที่อาร์เรย์ระนาบโฟกัส

วงจรกำหนดเวลา:

ในการวัดเวลาการบินอย่างถูกต้องกล้องต้องใช้วงจรกำหนดเวลาที่แม่นยำ วงจรนี้ควบคุมการปล่อยสัญญาณแสงและตรวจจับเวลาที่ใช้เวลาในการเดินทางไปยังวัตถุและกลับไปที่กล้อง มันซิงโครไนซ์กระบวนการปล่อยและตรวจจับเพื่อให้แน่ใจว่าการวัดระยะทางที่แม่นยำ

การมอดูเลต:

บางกล้อง TOFรวมเทคนิคการมอดูเลตเพื่อปรับปรุงความแม่นยำและความทนทานของการวัดระยะทาง กล้องเหล่านี้ปรับสัญญาณแสงที่ปล่อยออกมาด้วยรูปแบบหรือความถี่เฉพาะ การมอดูเลตช่วยแยกแยะแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงโดยรอบอื่น ๆ และเพิ่มความสามารถของกล้องในการแยกความแตกต่างระหว่างวัตถุต่าง ๆ ในฉาก

อัลกอริทึมการคำนวณเชิงลึก:

เพื่อแปลงการวัดเวลาบินเป็นข้อมูลเชิงลึกกล้อง TOF ใช้อัลกอริทึมที่ซับซ้อน อัลกอริทึมเหล่านี้วิเคราะห์ข้อมูลเวลาที่ได้รับจากเครื่องตรวจจับแสงและคำนวณระยะห่างระหว่างกล้องและวัตถุในฉาก อัลกอริทึมการคำนวณเชิงลึกมักจะเกี่ยวข้องกับการชดเชยปัจจัยเช่นความเร็วในการแพร่กระจายแสงเวลาตอบสนองของเซ็นเซอร์และการรบกวนแสงโดยรอบ

เอาต์พุตข้อมูลเชิงลึก:

เมื่อทำการคำนวณเชิงลึกกล้อง TOF จะให้เอาต์พุตข้อมูลเชิงลึก เอาต์พุตนี้สามารถอยู่ในรูปแบบของแผนที่ความลึก, เมฆจุดหรือการแสดง 3 มิติของฉาก ข้อมูลเชิงลึกสามารถใช้งานได้โดยแอปพลิเคชันและระบบเพื่อเปิดใช้งานฟังก์ชันต่าง ๆ เช่นการติดตามวัตถุความเป็นจริงยิ่งหรือการนำทางหุ่นยนต์

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าการใช้งานและส่วนประกอบเฉพาะของกล้อง TOF อาจแตกต่างกันไปตามผู้ผลิตและรุ่นที่แตกต่างกัน ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอาจแนะนำคุณสมบัติและการปรับปรุงเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและความสามารถของระบบกล้อง TOF

三、 แอปพลิเคชัน

แอปพลิเคชันยานยนต์

กล้องเวลาบินใช้ในฟังก์ชั่นความช่วยเหลือและความปลอดภัยสำหรับแอพพลิเคชั่นยานยนต์ขั้นสูงเช่นความปลอดภัยของคนเดินเท้าที่ใช้งานการตรวจจับ precrash และการใช้งานในร่มเช่นการตรวจจับนอกตำแหน่ง (OOP)

การประยุกต์ใช้กล้อง TOF

อินเทอร์เฟซและเล่นเกมของมนุษย์

As กล้องเวลาบินให้ภาพระยะทางตามเวลาจริงเป็นเรื่องง่ายที่จะติดตามการเคลื่อนไหวของมนุษย์ สิ่งนี้จะช่วยให้การโต้ตอบใหม่กับอุปกรณ์ผู้บริโภคเช่นโทรทัศน์ อีกหัวข้อหนึ่งคือการใช้กล้องประเภทนี้เพื่อโต้ตอบกับเกมบนคอนโซลวิดีโอเกมเกม Kinect รุ่นที่สองที่มาพร้อมกับคอนโซล Xbox One ใช้กล้องเวลาบินสำหรับการถ่ายภาพช่วง แอพพลิเคชั่นที่ใช้เทคนิคการมองเห็นคอมพิวเตอร์และการจดจำท่าทาง

Creative และ Intel ยังให้กล้องเวลาแสดงท่าทางแบบโต้ตอบแบบโต้ตอบสำหรับการเล่นเกม Senz3D ตามกล้อง Softkinetic ระดับความลึก 325 เทคโนโลยี Infineon และ PMD เปิดใช้งานกล้องความลึก 3 มิติแบบบูรณาการขนาดเล็กสำหรับการควบคุมท่าทางระยะใกล้ของอุปกรณ์ผู้บริโภคเช่นพีซีแบบ All-in-One และแล็ปท็อป (Picco Flexx และกล้อง Picco Monstar)

แอปพลิเคชันของกล้อง TOF ในเกม

กล้องสมาร์ทโฟน

สมาร์ทโฟนหลายตัวรวมถึงกล้องเวลาบิน สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้เพื่อปรับปรุงคุณภาพของภาพถ่ายโดยให้ข้อมูลซอฟต์แวร์กล้องเกี่ยวกับเบื้องหน้าและพื้นหลัง โทรศัพท์มือถือเครื่องแรกที่ใช้เทคโนโลยีดังกล่าวคือ LG G3 ซึ่งเปิดตัวในต้นปี 2557

แอปพลิเคชันของกล้อง TOF ในโทรศัพท์มือถือ

การวัดและการมองเห็นของเครื่องจักร

แอปพลิเคชันอื่น ๆ เป็นงานการวัดเช่นสำหรับความสูงเติมในไซโล ในการมองเห็นเครื่องจักรอุตสาหกรรมกล้องเวลาบินช่วยในการจำแนกและค้นหาวัตถุสำหรับใช้งานโดยหุ่นยนต์เช่นรายการที่ส่งผ่านบนสายพานลำเลียง การควบคุมประตูสามารถแยกแยะได้ง่ายระหว่างสัตว์และมนุษย์ถึงประตู

หุ่นยนต์

การใช้กล้องเหล่านี้อีกอย่างคือสาขาหุ่นยนต์: หุ่นยนต์มือถือสามารถสร้างแผนที่ของสภาพแวดล้อมได้อย่างรวดเร็วทำให้พวกเขาสามารถหลีกเลี่ยงอุปสรรคหรือติดตามบุคคลชั้นนำ เนื่องจากการคำนวณระยะทางนั้นง่ายจึงใช้พลังงานการคำนวณเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เนื่องจากกล้องเหล่านี้สามารถใช้ในการวัดระยะทางได้ทีมสำหรับการแข่งขันหุ่นยนต์ครั้งแรกจึงเป็นที่ทราบกันดีว่าใช้อุปกรณ์สำหรับกิจวัตรอิสระ

ภูมิประเทศของโลก

กล้อง TOFถูกนำมาใช้เพื่อให้ได้แบบจำลองระดับความสูงดิจิตอลของภูมิประเทศพื้นผิวของโลกสำหรับการศึกษาด้านธรณีสัณฐานวิทยา

การประยุกต์ใช้กล้อง TOF ใน Geomorphology